Tehnologija otkrivanja i popravke neuspeha krilova avionskog motora

Turbinska krila su važan deo avionskih motora, sa visokom temperaturom, teškim opterećenjem i složenom strukturom. Kvalitet inspekcijskog i održavanja je u bliskoj vezi sa trajnošću i periodom korišćenja rada. Ovaj rad proučava inspekcijsku i održavanje krilova avionskog motora, analizira način neuspeha krilova avionskog motora i sažima tehnologiju otkrivanja neuspeha i tehnologiju održavanja krilova avionskog motora.

U dizajnu turbine lopatica, često se koriste nove materijale sa većom kvalitetom, a radna margina se smanjuje poboljšanjem strukture i tehnologije obrade, kako bi se povećao odnos jačine do težine motora. Turbina lopatica je aerodinamički profil koji može postići ekvivalentnu radnu snagu duž celog dužine lopate, čime se osigurava da vazdušni tok ima rotacioni ugao između korijena i vrha lopate, pri čemu je rotacioni ugaoniji na vrhu lopate nego na njegovom korijenu. Veoma je važno da se turbina rotor lopatica montira na turbinu disk. "Šumska oblika" šakica je rotor savremenog plinske turbine. Bila je precizno obrađena i dizajnirana kako bi se osiguralo da sve flange mogu ravnomerno nositi opterećenje. Kada je turbina u mirovanju, lopatica ima tangencijalni pokret u zubovitoj rupi, a kada se turbina vrti, korijen lopate se zbog centripetalnog efekta stegne na disk. Materijal impelera je važan faktor za osiguravanje performansi i pouzdanosti turbine. U ranim danima su se koristili deformisani visoko temperaturni savezi i proizvođeni su metodom forgeiranja. Sa neprekinutim napredovanjem dizajna motora i precizne litije, turbine lopate su se promenile od deformisanih saveza prema praznim, polikristalnim do jednokrystalnih, a toplinska otpornost lopaca je znatno poboljšana. Nikl-temeljni jednokrystalni supersavezi su široko korišćeni u proizvodnji topnih delova avijskih motora zbog svoje izuzetne visoko temperaturne krčne karakteristike. Stoga, dublja istraživanja inspekcijskih i održavanja turbine lopaca imaju veliku važnost za povećanje bezbednosti rada motora i tačnu procenu morfologije i stepena oštećenja lopaca.

Načini oštećenja klopaka avijskog motora

Oštećenje klopka niskociklusičkom umornom lomom

U stvarnoj radnoj situaciji, niskociklusički umorni lom rotacionih klopaka obično nije lako da se desi, ali pod sledećim trem uslovima može doći do niskociklusičkog umornog loma. Slika 1 je shematski prikaz loma klopka.

(1) Iako je radna napetost na opasnom delu manja od granice plastičnosti materijala, postoje velike lokalne defektnosti na opasnom delu. U ovom području, zbog prisustva defekata, veći susedni deo premašuje granicu plastičnosti materijala, što dovodi do velikog iznosa plastične deformacije i uzrokuje niskociklusički umorni lom klopka.

(2) Zbog nedovoljno razmotrenog dizajna, radna napetost klopka na opasnom delu je blizu ili premašuje granicu plastičnosti materijala. Kada postoje dodatni defekti u opasnom delu, klopkovi će iskusiti niskociklusički umorni lom.

(3) Kada se dešavaju neobične stanje poput flatera, rezonancije i pretopljenja na lopatici, ukupna vrednost napona na njenoj opasnoj sekciji premašuje njenu granicu tegobe, što uzrokuje razbijanje lopate zbog niskofrekventne umornine. Razbijanje zbog niskofrekventne umornine uglavnom je uzrokovano dizajniranjem i najčešće se događa oko osnova lopata. Nema očigledne umorne arke kod tipičnog razbijanja zbog niske-frekvencne umornine.

Oštećenje zbog preloma zbog umornine iz krutanja lopata

Visokofrekventna umorna razbitka se odnosi na prelom koji nastupa u uslovima krutanja rezonancije lopate i ima sledeće reprezentativne karakteristike:

(1) Uglovi padaju na čvorovima krutanja rezonancije.

(2) Očigledna je umorna kriva na umornoj razbitini lopate, ali je umorna kriva veoma tanka.

(3) Prekid obično počinje sa zadnjeg dela lopate i širi se prema bazenu lopate, a umorna zona zauzima glavni deo površine preloma.

Postoje dva glavna razloga za torzionalne umorničke crte na lopatici: jedan je torzionalni rezonans, a drugi je široko rasprostranjeno rđavo na površini lopate ili uticaj spoljnog snaga.

Polom zbog visokotemperaturske umornine i termičkog oštećenja lopate

Lopati rotora turbine rade u visokotemperaturnom sredinu i podležu promenama temperature i međusobnim naprezanjima, što dovodi do krepovanja i umorničkog oštećenja lopata (videti Sliku 2). Za visokotemperaturni polom lopati, moraju biti ispunjene sledeće tri uslova:

(1) Polom lopate uglavnom prikazuje karakteristike mezgranularnog poloma.

(2) Temperatura na mestu poloma lopate je veća od granice krepovanja materijala;

(3) Mesto poloma lopate može da izdrži samo centrifugalnu povlačnu snagu kvadratnog vala, koja premašava granicu krepovanja ili umornine na toj temperaturi.

Opšte, oštećenje umora rotorskih lopatica pri visokim temperaturama je ekstremno retko, ali u stvarnom korišćenju, oštećenje umora uzrokovano termičkim oštećenjima na rotoru je relativno često. Tijekom rada motora, prekomerno zagrijavanje ili pregoranje komponenti zbog kratkotrajnog prekomernog zagrijavanja u neobičnim radnim uslovima naziva se oštećenje od prekomernog zagrijavanja. Pri visokim temperaturama, trake umora su podložne pojavljivanju. Oštećenje umora uzrokovano štetama od visokih temperatura ima sledeće glavne karakteristike:

(1) Položaj sloma se obično nalazi u najvišoj temperaturnoj zoni lopate, normalno na osi lopate.

(2) Slog izvorne zone počinje na ulaznoj ivici, a njena presjecnica je tamna i ima visoku stepenju oksidacije. Presjedak proširene zone je relativno ravnan i nije tako taman kao izvorna zona.

Tehnologija popravke oštećenja lopaca avionskog motora

Bordo boreskopska inspekcija

Pregled unutrašnjosti putem endoskopa je vizuelni pregled turbinskih lopatica kroz sonda u okviru turbine motora. Ova tehnologija ne zahteva demontazu motora i može se izvršiti direktno na avionu, što je praktično i brzo. Pregled putem endoskopa može bolje detektovati gorenje, koroziju i odlaganje turbinskih lopatica, što može pomoći da se razume i upravlja stanjem i zdravljem turbine, kako bi se izvršio kompletni pregled turbinskih lopatica i osigurao normalan rad motora. Slika 3 prikazuje pregled putem endoskopa.

Prethodna čišćenja pre pregleda u remontnom radionici

Površina turbine lopatica je prekrivena osećinama nakon sagorevanja, oblogama i slojevima termodifuzne korozije nastalim kao rezultat visokotemperaturske oksidacione korozije. Depozicija ugljika će povećati debljinu zida lopatica, uzrokujući promene u izvornom putanji zraka, time smanjujući efikasnost turbine; termodifuzna korozija će smanjiti mehanička svojstva lopatica; a zbog prisutnosti ugljikovih osećina, oštećenja površine lopaca mogu biti zakrivljena, što komplikuje detekciju. Zbog toga, pre nadzora i popravke lopaca, moraju se očistiti ugljikovi oseći.

Testiranje integriteta lopaca

U prošlosti, koristili su se "tvrdi" mereni instrumenti kao što su uglovi i šestarovi za otkrivanje prečnika lopatica aviokotla. Ova metoda je jednostavna, ali je lako utiče čovjek i ima nedostataka poput niske tačnosti i spore brzine detekcije. Nakon toga, na osnovu koordinatnog merenja mašine, napisana je aplikacija za mikro računarsku automatsku kontrolu i razvijen je sistem merenja geometrijskih dimenzija lopaca. Automatskim merenjem lopaca i usporedbom sa standardnim oblikom lopaca, rezultati testiranja grešaka se automatski prikazuju kako bi se odredila ispravnost lopaca i potrebni metod održavanja. Iako imaju razlike u specifičnim tehnologijama kod koordinatnih merenja mašina različitih proizvođača, imaju sledeće zajedničke osobine: visok nivo automatizacije, brzo merenje, općenito jedan lopac može biti izmeren za 1 minutu, a imaju dobre mogućnosti proširenja. Modifikovanjem baze podataka sa standardnim oblikom lopaca, mogu se detektovati različiti tipovi lopaca. Slika 4 prikazuje integritet testiranja.

Održavanje lopatica motornog sredstva

Tehnologija termodijetne spremanje

Termodijetna spremanja je tehnologija u kojoj se vlakna ili prahovite materijale gore u rasina stanju, dalje ih atomizuje i zatim ih odliva na delove ili podloge koje treba da se ospreju.

(1) Otporni oblogovi

Otporni oblogovi kao što su kobalt-bazirani, nikel-bazirani i tugsten-karbod-bazirani oblogovi široko se koriste u delovima motora letelica kako bi se smanjila trenja uzrokovana vibracijama, klizanjem, sudarom, trenjem i drugim trenjem tijekom rada motora letelica, čime se poboljšava performanse i životni vek.

(2) Oblogovi otporni na toplinu

Da bi se povećao potisak, moderne avionske motore moraju povećati temperaturu pre turbine do maksimuma. Na taj način, radna temperatura lopatica turbine će odgovarajuće rasti. Iako se koriste materijali otporni na toplinu, ipak je teško ispunjiti zahteve koriscenja. Rezultati testiranja pokazuju da primena otpornih obloga na površinu lopaca turbine može poboljšati otpornost dijelova na toplinu i izbeći deformaciju i trnjenje dijelova.

(3) Obloge sa mogućnošću oštrkivanja

U savremenim avijskim motorima, turbin je sastavljena od omotača koji se sastoji od više vodoravnih statornih lopatica i rotacione lopate fiksirane na disk. Da bi se poboljšala učinkovitost motora, rastojanje između dva komponenta, statore i rotor, treba smanjiti što je moguće više. Ovo rastojanje uključuje "razmak na vrhu" između vrha rotorne lopate i fiksne spoljašnje prstene, kao i "razmak na etapi" između svake etape rotorne lopate i omotača. Kako bi se smanjio vazdušni protok uzrokovan prevelikim razmacima, teorijski su potrebni razmaci što manji, idealno nula, ali zbog stvarnih grešaka i grešaka pri montaži proizvodnih dijelova to je teško postići; pored toga, pod visokom temperaturom i brzinom, kotač će se takođe pomaknuti dužino, što uzrokuje da se lopati 'prosire' radijalno. Zbog savijanja deformacije, termičke širenje i skupljanje materijala, koriste se termodijete za spricanje nosivih slojeva kako bi se postigao najmanji kontrolisani razmak, odnosno spricanjem različitih slojeva na površinu blizu vrha lopate; kada se rotirajući deo trenira o njega, sloj će doći do žrtvenog oštećenja, čime se razmak smanjuje na minimum. Slika 5 prikazuje termodijetsku tehnologiju.

Shot Peening

Tehnologija shot peening koristi visokobrzinsne projektilе da utiču na površinu radnog dela, stvarajući ostatak kompresivnog napona na površini radnog dela i obrazujući u određenoj meri pojačan materijal kako bi se pobio umorni snaga proizvoda i smanjio performanse stresovane korezije materijala. Slika 6 prikazuje lopaticu nakon shot peening procedure.

(1) Suvi shot peening

Suva tehnologija shot peening koristi centripetalnu silu da formira pojačavajući sloj određene debljine na površini radnog dela. Iako ima jednostavna oprema i visoku efikasnost, suva tehnologija shot peening još uvek ima probleme kao što su prašina, visoki šum i veliki potrošak loptica tijekom masovne proizvodnje.

(2) Vodeni shot peening

Vodeni streljički peening ima isti mehanizam jačanja kao i suvi streljički peening. Razlika je u tome što koristi brzo kretanje čestica tekućine umesto streljke, čime se smanjuje uticaj prašine na okruženje tijekom suvog streljičkog peeninga, štime se poboljšava radno okruženje.

(3) Jačanje rotirajućim pločama

Američka kompanija 3M je razvila novi tip procesa jačanja šljunkom. Njihov način jačanja je da se koristi rotirajuća ploča sa šljunkom koja neprestano udara u metalnu površinu visokom brzinom kako bi se formirao sloj za jačanje površine. U poređenju sa šljunkovanjem, ovaj način ima prednosti jednostavnog opreme, lako korišćenja, visoke efikasnosti, ekonomičnosti i trajnosti. Rotirajuće ploče za jačanje znači da kada visokobrzinska šljunka udari u list, površina lista će se brzo proširiti, uzrokujući joj plastično deformisanje na određenoj dubini. Debelina sloja deformacije je povezana sa snagom udarca projektila i mehaničkim osobinama materijala radnog dela, a može obično dostići između 0,12 do 0,75 mm. Podešavanjem procesa šljunkovanja može se dobiti odgovarajuća debeljina sloja deformacije. Pod dejstvom šljunkovanja, kada nastane plastična deformacija na površini lista, susedni podpovršinski sloj će takođe deformisati. Međutim, u usporedbi sa površinom, deformacija podpovršinskog sloja je manja. Bez dostizanja tačke cedanja, ona još uvijek jeste u fazi elastične deformacije, pa je neuniformna plastična razlika između površine i donjeg sloja neravnomerna, što može uzrokovati promene u ostatnim naprezanjima nakon šljunkovanja. Rezultati testiranja pokazuju da postoji ostatno stisno naprezanje na površini posle šljunkovanja, a na određenoj dubini pojavljuju se rastegna na podpovršini. Ostatna stisna naprezanja na površini su nekoliko puta veća od one na podpovršini. Ovo raspodeljenje ostatnih naprezanja je vrlo korisno za poboljšanje otpornosti na umor i otpornosti na koroziju. Stoga, tehnologija šljunkovanja igra vrlo važnu ulogu u produžavanju životnog veka proizvoda i poboljšanju kvaliteta proizvoda.

Popravak obloga

U motornim motorima, mnogi napredni turbinski lopovi koriste tehnologiju obloženja kako bi poboljšali svoje otpornost na oksidaciju, korozijsku otpornost i otpornost na iznosenje; međutim, budući da će lopove tijekom upotrebe štetiti u različitim stepenima, oni moraju se popraviti tijekom održavanja lopova, obično tako što se sruže staro obloženje a zatim se primeni nova sloja obloženja.